粗銅熔煉過程中渣含銅的控制

李志勇，侯 強，陳鐵昌，于 勇，周允峰

（中國有色集團撫順紅透山礦業有限公司，遼寧 撫順 113321）

目前銅的冶煉方法有火法冶煉和濕法冶煉兩大類，其中火法冶煉是主要方法，目前世界銅總產量的90%是用火法冶煉生產出來的。銅的火法冶煉，由于傳統的造锍熔煉工藝如鼓風爐、反射爐、電爐面臨環境保護、節約能源、綜合利用礦產資源的嚴重挑戰，20世紀40年代以來，各國的銅冶金工作者為改造傳統的銅冶煉工藝，進行了大量的實驗研究工作，現生產中最主要是的熔煉方法是富氧頂吹、富氧側吹和富氧底吹三種，其中的富氧底吹造锍熔煉爐是中國工程師開發的，并獲得中國專利。以上這些銅冶煉方法其共同特點是所有物理化學反應均在熔池中進行，所以均稱為熔池熔煉。含水≤8%的銅精礦和熔劑、煤通過加料機或噴槍加入熔池中，富氧空氣通過噴槍或風口從反應器的頂部或底部或側面鼓入熔池中，在熔池中完成爐料的脫水、離解、熔化、氧化、造锍和造渣反應。熔池熔煉的優點是過程簡單、操作方便、生產效率高、爐料不必深度干燥和磨細、煙塵率低、燃料消耗少、對燃料的種類和質量無嚴格要求、用富氧空氣熔煉，煙氣SO2濃度高，硫酸生產條件好，有利于環境保護。可以處理粉料，也可以處理粒（塊）料，允許爐料成分有一定的波動。雖然熔池熔煉技術開發較晚，但工業應用速度很快，目前世界上已有幾十座熔池熔煉爐投入運行[1]。

1 銅在渣中的損失

1.1 熔煉渣抽樣檢驗顯示

圖1 X射線物相定量匹配

①銅在渣中損失形態主要有：銅锍、輝銅礦、銅氧化物CuO/Cu2O和鐵酸銅。②熔渣中CuS顆粒無規則分散，顆粒越小分散程度越大。③高溫下渣中含(估算)10%～25%磁鐵礦固體，使渣中夾帶較多冰銅，如圖1。④渣中化學溶解銅為0.4%，主要存在于液相渣中⑤緩冷渣中各氧化物相均不含銅，理論上選礦法可以使尾渣中銅含量降為零。

1.2 銅在渣中損失的主要途徑

經過業內專家和技術人員研究、摸索，將銅熔煉渣中銅的損失基本歸為三類：化學熔解損失、物理溶解損失和機械損失。

（1）化學損失：由于氧勢偏高，氧化物活度偏高，導致CuS氧化；爐溫不夠或熔化太快，氧化銅來不及還原；配料造成的爐渣組成波動，超過控制范圍。以至于銅以其氧化物形式存在于渣中。

（2）物理損失：主要是指銅以硫化銅形式熔解于爐渣中引起的。這種形式的損失決定于爐渣成分。造硅酸鹽形式的酸性渣，硫化銅的熔解度很小，但實際生產中隨著氧化鐵含量的增高，溶解度逐漸變大。

（3）配料引起渣中FeO、SiO2、CaO比例不合適，導致Fe3O4含量增加，使渣和銅锍的表面張力變小，嚴重時在銅锍和渣層之間形成隔膜等以至于減小、減緩銅锍和渣的分離效果；或者爐況控制不好，爐渣變粘；氧化物和硫化物相互反應，產生的SO2將銅帶入爐渣；鼓風吹氧造成液態熔體翻滾蕩漾；操作不當導致放渣時帶銅或跑銅[2]。

2 熔煉渣含銅的控制

2.1 嚴格配料工藝，穩定爐況

冶煉廠使用的原料有一定數量的外購礦，礦種復雜多變，因此，為了不使熔煉爐生產出現大范圍波動，穩定爐況，在工藝配料上有嚴格的要求。首先在配料上原則是定準主礦，在入爐礦調整上主要成分盡量保證長期穩定，在小礦種多時，對銅精礦的拌料工作上，要求拌料工做到多次拌料，嚴格按工藝要求的比例進行拌料。并且每次配料必須由主管人員通過設定配料計算后，填寫配料通知單，用微機控制生產的入爐量，確保入爐物料的準確無誤。

2.2 選擇適當冰銅品位

冰銅品位對渣含銅有直接影響，隨著冰銅品位的升高，Fe3O4生成量增加，渣含銅也隨之增加，所以對冰銅品位的選定是根據生產任務和保證吹煉爐正常生產來決定的。冰銅溫度要穩定，提高爐渣的過熱，降低渣的粘度，減少機械夾雜。通常目標冰銅溫度為1210℃，渣溫1240℃～1280℃。

2.3 選擇適當的渣型，降低熔煉渣含銅。

因為熔渣成份對熔渣密度影響很大，而熔渣的密度對熔渣、冰銅的分離有較大影響，因而對渣含銅影響也較大。SiO2密度小（2.5g/cm3），增加渣含SiO2可使熔渣密度降低，有利于渣锍分離；在FeS存在的條件下，爐渣中的Fe3O4能得到還原，生成的FeO與SiO2造渣，渣含銅降低；渣中的SiO2含量升高，渣與冰銅間的界面張力隨之也升高，有利于冰銅微粒的聚集和沉降，減少冰銅在渣中的物理損失。

由于冰銅在爐渣中的溶解度隨著SiO2含量增加而減少，因此提高渣含SiO2就減少了冰銅在渣中的溶解度，減少了冰銅在渣中的物理損失。但增加渣中的SiO2含量必然增加石英熔劑用量，從而增大了渣量，增大了爐渣帶走銅的損失，同時增加了燃料的消耗。因此在選擇爐渣的組成時要從技術、經濟和有利于操作等方面考慮。通過生產實際，熔煉爐渣型Fe/SiO2的選擇根據有二方面，一是電爐貧化；二是直接渣選礦；選用電爐貧化生產的單位，熔煉爐渣型Fe/SiO2的控制在1.1～1.3，選用渣選礦生產的單位熔煉爐渣型Fe/SiO2的控制在1.6～1.8。

2.4 降低Fe3O4的生成，減少Fe3O4在爐內的存量。

由于渣含銅主要的影響因素是Fe3O4，而銅熔煉時，FeS熔體生成的大量FeO不可能與石英熔劑全部造渣，會有一定數量的FeO生成Fe3O4。減少熔煉爐內Fe3O4的生成量主要做好兩方面工作。

2.4.1 嚴格控制入爐氧料比

在做好配料計算的同時，加強對入廠原輔料的日常檢查和化驗，特別是煤、石英粒度的檢查。并根據生產的實際進行調整入爐氧料比來穩定生產。

2.4.2 嚴格控制爐內溫度

加強日常的檢查工作，對熔體溫度做好測量，嚴格控制熔煉爐出口熔體溫度，冰銅溫度1160℃～1180℃，渣溫1200℃～1250℃。

2.5 渣層控制

熔煉爐渣層的控制對渣中帶走銅有一定影響。渣層厚，介于渣層和冰銅層的Fe3O4溫度降低，不利于Fe3O4還原反應，并且很容易析出進入冰銅層；當渣層過厚，熔池面升高，會使爐內氣體空間減少，使得燃料燃燒的條件及對熔池的傳熱變壞，并引起爐內溫度降低，于是爐渣變得黏，冰銅珠從其中析出減慢，銅在渣中澄清時間不夠，損失增大。另外，由于爐渣導熱性很差，冰銅過熱不良，所以一定要控制渣層操作。熔池熔煉爐根據爐子的實際上生產情況一般渣層控制在200mm～300mm。

3 結語

在近20年，隨著銅礦產資源長期開采造成的資源日益貧乏，銅冶煉產能的逐漸擴張，使得銅礦資源變得愈加貧乏,很多礦山的礦石開采品位逐漸降低。因此銅熔煉渣含銅損失的重要性日顯突出。傳統工藝熔煉渣含銅損失的0.4%左右到熔池熔煉的0.6左右浪費了銅資源，怎樣進一步研究銅冶煉渣中銅的損失是我們冶煉人長期工作努力的方向。